換熱管(鈦)與管板(鈦/鋼復合板)焊接接頭的滲透檢測

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(西安優耐特容器制造有限公司，西安 710201)

管殼式換熱器[1]是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器，又稱列管式換熱器，在化工、石油、核電、食品醫藥及其他許多工業生產中占有重要地位，可作為加熱器、冷凝器、冷卻器、蒸發器和再沸器等，應用廣泛。

在管殼式換熱器中，換熱管與管板是換熱器管程和殼程之間的唯一屏障，換熱管與管板焊接接頭的質量是制造階段控制的關鍵點。因此，在制造階段對其焊接接頭的檢測和評價就顯得異常重要。由于換熱管管徑較小、管壁薄、數量多且密集，故目前對焊接接頭的檢測多采用滲透方法進行[2]。

圖1 換熱器換熱管與管板焊接接頭實物

某臺在制冷卻器的換熱管材料是鈦材，換熱管與管板(鈦/鋼復合板)焊接接頭外觀成形美觀且表面光滑(見圖1)，產品工藝文件要求按標準NB/T 47013.5-2015《承壓設備無損檢測 第5部分：滲透檢》進行滲透檢測。為了確保滲透檢測的可靠性[3]，滲透檢測材料的選擇及檢測工藝的確定尤為重要。在檢測過程中，筆者還發現管內壁滲透液去除較困難，影響檢測結果，通過多次工藝實踐制作了滲透液去除專用工具；結合三種滲透檢測材料的對比，確定了合適的去除工藝和檢測材料，取得了較好的效果。試驗可為同類產品的滲透檢測提供參考。

1 檢測準備

1.1 檢測面的檢查與清理

管板表面要求光潔、無劃痕及毛刺，焊接接頭表面要求沒有未熔合、咬邊及可見氣孔等。表面清理時，采用噴有清洗劑的潔凈不脫毛的布對被檢表面進行擦拭。

1.2 滲透檢測材料

試驗選用如下三種滲透檢測材料，考慮到換熱器材料的特殊性，要求所選用的滲透檢測劑必須是低氟、低氯型的(一定量滲透劑蒸發后殘渣中的氯、氟元素的質量比不得超過1%，具體測定方法按NB/T47013.5-2015標準中的4.2.1.8進行)。

第一種：普通型著色滲透材料(DPT-5)，快速滲透、快速顯像，水/溶劑兩用清洗，檢測靈敏度B級。

第二種：核級著色滲透材料(WU-T)，超低氟、氯元素含量，水/溶劑兩用清洗，檢測靈敏度B級。

第三種：熒光滲透材料(CY-3800)，親水自乳化(水洗型)，靈敏度為C級。

1.3 靈敏度的要求

滲透檢測靈敏度要求為B級。普通型著色滲透材料和核級著色滲透材料適用于著色滲透檢測法，熒光滲透材料適用于熒光滲透檢測法，且均采用JB/T 6064-2015《滲透試塊通用規范》標準規定的鍍鉻試塊(B型)來檢驗系統靈敏度，不同靈敏度等級在鍍鉻試塊上可顯示的裂紋區次序應達到表1的規定。

表1 靈敏度等級的驗證

NB 47013.5-2015標準中所述的1～3裂紋區尺寸分別對應標準JB/T 6064-2015中B型試塊上的裂紋區次序2～4。

注意：著色滲透檢測用的試塊不能用于熒光滲透檢測，反之亦然。

1.4 滲透檢測輔助器材

檢測輔助器材有：小號毛刷、潔凈不脫毛的布、桶裝去離子水、專用去除工具、測溫儀、5～10倍放大鏡、LED手電筒、光照度計、遮光帆布、黑光燈、黑光輻照度計等。

2 檢測工藝

2.1 檢測工藝流程

滲透檢測工藝流程為：預處理(清洗)→干燥→施加滲透液→去除多余滲透液→干燥→施加顯像劑→觀察及評定→后處理。

2.2 三種滲透材料檢測工藝要點

2.2.1 滲透液的施加

如果采用噴涂法，會使管子內壁流入過多滲透液，給去除清洗工作帶來很大困難，且空氣中彌漫大量滲透液，對工作人員健康也會造成威脅。而采用刷涂法可有效避免浪費且有利于去除。由于焊接接頭表面光滑，工作人員須在規定時間內不間斷刷涂滲透劑，且應保證被檢部位完全被滲透劑覆蓋，并在整個滲透時間內保持潤濕狀態。滲透劑持續時間不少于15 min。

圖2 滲透液去除專用工具外觀與現場操作示例

2.2.2 滲透液的去除

在滲透液的去除環節，管孔內壁滲透液的去除較困難，易影響檢測結果的評定。筆者通過多次工藝實踐，制作了管孔滲透液去除專用工具，該工具傳動桿采用直徑為20 mm的鈦棒，長度約為200 mm,為了保證傳動桿轉動時手握部位不轉動，在傳動桿手握部位加裝了軸承并用橡皮管包裹。傳動裝置為電動裝置，有效提高了工作效率(見圖2)。

著色滲透檢測法去除工藝：先用潔凈不脫毛的布順著一個方向依次擦拭管板面焊接接頭，直至大部分多余滲透劑被去除；再將不脫毛的布在去離子水中浸濕后擰一下，注意不要太濕也不要擰太干，接著將布纏繞在專用工具上，對管孔進行滲透液的去除(不脫毛的布要多備用，每次只更換布，防止去離子水被滲透液污染)。如檢測面大，可多人同時進行去除；管孔滲透液去除完后，最后用浸濕擰干的潔凈不脫毛的布順著一個方向將焊接接頭表面殘留滲透劑擦拭干凈。采用這種工藝有效去除了換熱管內壁的滲透液。

熒光滲透檢測法去除工藝：采用去離子水清洗時，在黑光燈照射下發現管內壁不易清洗干凈；后重新檢測采用清洗劑清洗的工藝，在黑光燈照射下發現管內壁也不易清洗干凈。

實踐表明此去除工藝適用于著色滲透材料，不適用于熒光滲透材料。

2.2.3 干燥處理

干燥時間要求在5～10 min，不應超過10 min。為了確保在規定時間內干燥，需采用潔凈的壓縮空氣輔助干燥，注意風壓適中，不可距離管板面太近以避免局部過度干燥，建議距離不小于1 m。

2.2.4 顯像

將噴灌搖勻后，噴嘴距離被檢面300～400 mm，噴涂方向與被檢面夾角為30°～40°，噴涂在被檢表面時應薄而均勻，不能在同一地點反復施加。

普通型(DPT-5)著色滲透材料由于具有快干的特性，顯像后呈細顆粒粉末狀，不利于微小缺陷的檢測(見圖3)；核級(WU-T)著色滲透材料顯像稍慢，噴霧狀態極佳、顆粒細膩且顯像粉層均勻，利于微小缺陷的檢測，靈敏度較普通型高(見圖4)；熒光(CY-3800)滲透檢測材料因清洗困難產生不良背景，而影響檢測結果的評定(見圖5)。

圖3 DPT-5顯像實物圖

圖4 WU-T顯像實物圖

圖5 CY-3800顯像實物圖

2.2.5 觀察及評定

對顯像結果的觀察應分兩次進行，顯像劑干燥后即開始借助放大鏡及強光手電筒在合適光照下逐步進行觀察及評定；接著在顯像30 min后再次進行觀察及評定，以確保能夠發現緩慢顯示的微小缺陷，防止漏檢。

3 結論

(1) 由于換熱器結構的原因，滲透檢測過程中，換熱管內壁滲透液的去除工藝直接影響檢測靈敏度。采用專用工具，有效解決了換熱管內壁滲透劑去除困難的問題，且效果顯著，可為同類型產品的滲透檢測提供參考。

(2) 通過三種滲透檢測材料的對比發現：核級著色滲透檢測材料更適合管殼式換熱器的滲透檢測。